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减少海洋塑料垃圾


通过开发温度控制器产品,助力可持续发展社会





目前,海洋塑料垃圾已经成为一个全球性课题。流入海洋的塑料有一半是包装材料,例如塑料容器和塑料袋等。面对这种环境的负荷,世界各地的企业都在尝试将塑料包装材料转换为环保包装材料。但是在加热和封装包装材料时,新材料需要更为精确的控温技术,而在传统技术下,温度过高,则会出现包装材料破损等众多不良问题,这也阻碍了新材料的使用。面对这一课题,欧姆龙秉持“积极解决海洋塑料垃圾这一社会课题”的理念,尝试研究开发创新型温度控制器,旨在大幅减少上述包装不良问题。

削减海洋塑料垃圾的来源之一——减少塑料包装材料
被海浪冲上海岸的塑料瓶和塑料容器、漂浮在水下的塑料袋……眼下,庞大的海洋塑料垃圾已成为一个全球性问题。流入海洋的塑料垃圾量每年多达800余万吨。有测算显示,长此以往,如果不采取任何措施,到了2050年,海洋塑料累积量将达到约10亿吨,超出海洋中所有鱼类的总重量。流入海洋的塑料垃圾将会对包括生态系统在内的海洋环境带来各种不利影响。它们不仅会伤害海洋生物、导致海洋生物灭亡,还会污染海洋,最终甚至威胁我们人类的生活和健康。

面对这一隐忧,减少塑料污染已经成为全球需要解决的课题。在这种情况下,许多企业纷纷尝试将各种容器和包装材料从传统的塑料材料转换为环保材料,例如纸质材料、更薄的塑料、或者能够在自然环境中降解的生物降解塑料等。然而,转换为环保包装材料并非易事。这是因为,新型包装材料对热的反应与传统塑料包装材料不同。通常,进行商品包装时,人们利用加热来粘合包装进行密封。但是,纸质包装材料不易传热,而薄的塑料和生物降解塑料的耐热性又低。因此,将包装材料替换为环保型包装材料,如果使用传统的包装设备进行包装,就会时常发生包装不良的问题,例如粘合不佳、受热收缩出现褶皱、烧焦或熔化等。这也成为阻碍许多企业更换包装材料的原因。


烧焦

密封不良



注意到这个问题的是,在温度控制器商品企划中,负责当时开发工作的商品事业本部器件事业部的西出美穗。五十多年来,欧姆龙一直为各行各业开发和生产温控器。基于“我们希望通过欧姆龙的技术,推动环保包装材料的引入,从而解决海洋塑料垃圾这一社会课题”的想法,团队开始了温度控制器的研发。

尝试研发解决包装不良问题的温度控制器

一般来说,自动包装机的工作原理是,商品装入袋内之后,使用高温加热的金属棒(称为“封口棒”)夹住袋口粘合。关键在于,如何恰当保证封口棒粘合面的温度。温度过低或过高都会产生包装不良的问题。西出美穗表示:“我们的目标是,让包装时的接合面温度变化幅度降低到以往的十分之一” 。即使欧姆龙拥有长达五十年的温度控制器生产历史以及首屈一指的温控技术,这项挑战远比想象的还要艰苦。

即使温度设置合理,还是会发生包装不良的问题,这是为什么呢?一开始的时候,大家甚至对包装机的机器原理毫无头绪。“欧姆龙的技术可能无法解决这个问题”“如果考虑到材质、厚度和层数等因素,包装材料多达数万种。满足所有包装材料的要求根本不可能”……开发成员内心的纠结与日俱增。即便如此也不放弃,支撑大家继续展开研发的原动力是什么呢?西出美穗这样说道:“因为我们的目标并非在于追求温控器的性能和规格,我们内心拥有更高远的目标,那就是解决海洋塑料垃圾这一社会课题,为地球社会做贡献。解决这一课题,舍我其谁的使命感铸成了克服无数内心纠结的力量。”

开发成员的这种想法又拧成一股强大力量并在周围引起广泛的共鸣。“在公司内部,其他部门的员工支持我们工作的伙伴人数越来越多。不仅如此,以前曾向公司购买包装机用温度控制器的客户也毫无保留地向我们传授包装机的机械原理以及自己公司发生粘合不良问题的相关情况等,这样的企业数量实际有82家之多。”

为了找到解决措施,开发成员参考的文献和论文多达1,437页内容。由于缺乏对包装机的了解,大家在开发部门内设置了一台袋装包装机,完美再现了一条完整的包装生产线。并使用共计10km以上的包装材料,反复进行封口试验,积累技术知识。

技术开发:精确控制温度,将温度变化控制在上下十分之一

最终,开发成员找到了发生粘合不良的原因:用封口棒夹住包装材料时,封口棒夺走粘合面热量,导致粘合面温度下降。为了解决这一问题,首先,需要准确测量封口棒粘合面温度。但感应高速运作的封口棒,实时把握其温度并非易事。由于耐热性等问题,传统包装机用温度传感器安装位置不与封口面相接触,故而无法准确测量封口面温度。于是,西出美穗等人从零开始,重新调整传感器材质和结构,不仅提高了其耐热性,还提升了响应性,以应对高速运作的封口棒,对其能够实时感应,成功做到了准确测量封口面温度。



但是,仅仅能够测量温度是不够的。在此基础之上,还需要控制快速变化的温度,确保温度恒定不变。为此,除了改进温控算法外,开发成员还引进了AI技术,能够依据温度变化,自动调整参数,实现对温度的精准控制。

在高速运作过程中,能够实时感应封口面温度的技术;能够自动调节参数,精确控制温度的技术。通过这两项技术的磨练,开发成员成功研发出了一款创新应用程序,不管更换为何种包装材料,都能将粘合面温度变化控制在上下仅十分之一范围内。2018年,搭载该应用程序的“AI温度控制器”上市发售。由于其能够实现“完美包装”,不知不觉中,获得了“Perfect Sealing”的美誉。

“Perfect Sealing”,为全球减少塑料包装材料做贡献

“Perfect Sealing”给客户带来的惊喜,让其深受客户的喜爱。西出美穗坦言道:“即使之前从未采用过欧姆龙产品的跨国企业也首次引进了该产品。客户非常满意,反馈说最高曾达8℃以上的封口温度变化得到了很好的控制,做到了将温度控制在仅仅0.7℃。”

我们希望让更多的客户了解“Perfect Sealing”,将全球的包装材料从塑料改为环保材料。基于这一想法,开发成员制作了一台便携式样机,按照1:20的比例真实再现包装机。欧姆龙集团的伙伴使用它在欧洲、东南亚和美国等全球客户面前,实际展示产品性能,努力宣传产品价值。按照出售的“Perfect Sealing”温度控制器总销售数量计算,如果购买“Perfect Sealing”的包装机全都由传统的塑料包装材料转向使用环保包装材料,将会帮助减少大约100万吨塑料垃圾。如果将这一数字换算为包装材料长度,实际长度将达到1,858万km。

但是,欧姆龙的挑战仍在继续。除了袋式包装外,公司希望将产品适用范围扩大到各种不同形态的包装材料。此外,团队还打算将产品推广到生产流程截然不同的其他品类,如塑料瓶、条状包装等,目前已经开启了新的开发征程!

西出美穗表示:“温度控制器与海洋塑料垃圾问题。在乍看之下毫无关系之处,如果深入探究,会发现有许许多多的社会课题待我们去解决”。今后,我们将继续在各个部门找出待解决的社会课题,并充分利用自有技术,努力解决这些问题。